国家级精品课程 控制系统仿真与CAD 第八章 PID 控制器的参数整定

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1 国家级精品课程 控制系统仿真与CAD 第八章 PID 控制器的参数整定
东北大学信息学院 薛定宇

2 PID类控制器的参数整定 PID 类控制器是工业过程中应用最广泛的一类控制器 本章主要内容 PID 控制系统的结构
经典方法、其他方法 PID 控制器的设计程序 最优 PID 控制器设计界面——OptimPID

3 8.1 PID 控制器的结构 PID 控制系统的结构 由误差信号 e(t) 过去、现在和将来的信息生成控制信号，去控制受控对象

4 其 Laplace 变换为 实际应用的 PID 为 PID 控制器的标准结构为

5 离散 PID 控制器 并联 PID 控制器 MATLAB 函数 pid() 和pidstd() 可用 PID 控制器的其他变形

6 8.2 PID 控制器参数整定方法 过程受控对象的低阶近似 例 FOPDT 模型 由响应曲线识别、基于频域响应的近似方法、次最优降阶方法等
MATLAB 函数 例

7 1942, Ziegler-Nichols 整定算法 经验公式 MATLAB 函数

8 例 Ziegler-Nichols法设计控制器 受控对象 FOPDT近似
特征参数 K=1, L =2.7639, T =2.2361 Ziegler-Nichols控制器设计 控制效果不佳，需要改进

9 PID控制器设计小结 这里介绍的是书中第八章的一个部分 设计思路 介绍了两个PID控制器设计界面
找一个FOPDT的近似模型：getfopdt() 根据模型设计控制器：ziegler() 设计方法有无数，只介绍ZIegler-Nichols 介绍了两个PID控制器设计界面 pid_tuner： 总结前人算法，用界面实现 optimpid：可以解决其他算法无法求解的问题，控制效果最好

10 OptimPID程序界面 OptimPID控制器界面比现在控制器设计程序都好，对已知对象模型的系统来说可以直接使用，简单易用，无需命令，特点： PID控制器结构、支持驱动饱和的非线性环节 全局最优化方法，得出真正的最优控制器 针对伺服控制，SISO受控对象任意复杂 可以人为选择超调量等约束 不同目标函数的选择，推荐 ITAE 指标 可视优化，观察优化的进程 程序结构易读，可以容易地扩展

11 改进的 PID 控制器参数整定方法 各种各样的改进 设计界面存在的问题 其他类型的受控对象模型没有现成的设计界面，只能根据算法自己编程设计
Aidan O’Dwyer. Handbook of PI and PID controller tuning rules. Imperial College Press, 2003 对 FOPDT 模型，PID_Tuner界面可以直接用于PI或PID控制器参数的直接整定 设计界面存在的问题 其他类型的受控对象模型没有现成的设计界面，只能根据算法自己编程设计 Sisotool 界面能解决的问题局限性也很大 无法处理复杂结构和非线性环节

12 OptimPID——最优PID控制器设计界面
针对伺服控制的经典结构 OptimPID特点 无须用户编程，程序界面直接可用 支持驱动饱和非线性环节、超调量约束等 任意复杂的非线性系统模型 线性系统模型无需编写一条程序， MATLAB新版本下支持内部延迟的模型 可视优化、全局优化 版本只支持MATLAB R2009a 之后版本

13 例 可以转换为内部延迟的受控对象 受控对象的MATLAB/Simulink描述mod_lti.mdl
MATLAB R2011b以后版本支持内部延迟？ 早期版本得给对象画出 Simulink 模型 mod_1.mdl

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